蛇行長期動態の物理機構に基づく自然営力順応型川づくり

2018 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 15H02267
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 清水 康行 北海道大学, 工学研究院, 教授 (20261331)
• 研究分担者: 渡邊 康玄 北見工業大学, 工学部, 教授 (00344424) ; 泉 典洋 北海道大学, 工学研究院, 教授 (10260530) ; 山田 朋人 北海道大学, 工学研究院, 准教授 (10554959) ; 渡部 靖憲 北海道大学, 工学研究院, 准教授 (20292055) ; 井上 卓也 国立研究開発法人土木研究所, 土木研究所(寒地土木研究所), 主任研究員 (20647094) ; 竹門 康弘 京都大学, 防災研究所, 准教授 (50222104) ; 木村 一郎 富山大学, 大学院理工学研究部(都市デザイン学), 教授 (60225026) ; 竹林 洋史 京都大学, 防災研究所, 准教授 (70325249) ; 川村 里実 (山口里実) 国立研究開発法人土木研究所, 土木研究所(寒地土木研究所), 主任研究員 (70399583) ; 田中 岳 北海道大学, 工学研究院, 助教 (90333632)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2020-03-31
• キーワード: 河川地形 / 蛇行 / 数値解析モデル

研究実績の概要

各論テーマとして，①岩盤，粘着性河岸と蛇行，②潮汐と蛇行の関係，③流木と蛇行の関係，④災害と蛇行の３点について主に実施した．①について，蛇行の素過程である側方侵食の速度が流砂量の増加に伴い線形的に増加することと，横断方向の河床勾配に依存することを実験的に示した．また，粘着性河岸を有する河道の自由蛇行の数値解析モデルを構築した．②について，有明海の潮汐蛇行に関する現地調査を実施した結果，潮位上昇時には流砂がほとんど発生しないが，潮位下降時に広範囲で限界掃流力を超え，蛇行形状が形成されていること，流砂量が多い状態の継続時間は1時間以内であることが示された．一方，河口の影響について，北海道オホーツク海沿岸及び日本海沿岸の37か所における海浜幅，勾配，粒径分布調査を実施し，将来気候における河口健全度を評価するための分析を行った．③について，流木が河道内の流路変動に及ぼす影響を既往の実験結果と数値解析モデルにより検討した．この結果，流木は流路を網状化する方向に働くが，状況によっては網状化した流路を単一の卓越流路に集積する効果も発揮することが示された．④について，2016北海道台風災害を対象に，気象から降雨流出、河川氾濫に至る一連の過程に関するアンサンブル予測を実施した，河川地形変化の不確実性議論可能となった．また，石狩川高原大橋周辺の出水時蛇行現象を実験と数値解析により明らかにした．
一方，総論テーマとして，蛇行に及ぼす支配無次元パラメータの導出を東北50河川を対象に行った結果，低水路幅と蛇行波長の比が重要となることを示した． また蛇行角については90°の曲がりが流路安定に寄与するという実験結果を得た．一方，理論的検討についても，側岸侵食を伴う条件での解析が可能となり，流量変動時の蛇行発達の特性が明らかとなった．

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

本年は各論的テーマについて，非常に多くの重要な研究成果を挙げることができ，蛇行に及ぼす様々な要因やその影響を，定性的，定量的に説明することが可能となった．特に，河口や潮汐の影響，岩盤や粘着性河岸，流木の影響，災害時の突発的な要因など，工学的に極めて重要であるにもかかわらず，これまで研究が立ち遅れてきた部分について，深く切り込んだ研究を遂行できたことは，河川工学の発展において，大きな貢献となったと自負している．また，研究成果については，多数の論文に公表するのみならず，数値解析モデルの一部についてはすでにフリーソフトとしてウエブ上で国内外に公表し，波及につとめている．各論テーマの部分のみについてみると，当初の予定を上回る成果を挙げることができたと考える．一方で，当該年度は研究開始後４年目であり，各論を縦横に網羅し，総括することが重要となる段階である．これに対しても，蛇行パラメータの抽出，理論的解析の総合化などを実施することで，成果を挙げることができたが，本年度までに得られた各論テーマに係わる膨大な研究成果全体を総括するまでには至っていない．この点については，研究最終年度である平成３１年度に委ねたい．以上の状況を総合的に鑑みて，概ね順調に研究が進んでいると判断した．

今後の研究の推進方策

研究の最終段階であり，次の３つの目標のもとで研究のまとめを行う．
１．昨年度までに実行してきた研究の各論テーマのうち，特に重要なインパクトを及ぼすと指摘されたテーマ，および未解明点を多く含むテーマについて，さらに重点的に研究を進める．特に，①粘着性護岸が蛇行の平面的形状に及ぼす影響の解明とモデリング，②植生が蛇行に長期的動態に及ぼす影響，③流木が河床変動（砂州など）や蛇行に及ぼす影響の解明とその数値シミュレーションモデル構築，④河川乱流組織構造，特に第一種，二種二次流が蛇行変遷に及ぼす影響の解明，⑤ゲリラ豪雨などによって引き起こされる突発的な水災害が蛇行変遷に及ぼす影響について，重点的に実施する．研究手法として，現地調査，室内模型実験，数値計算の３つの面から研究を進める．現地調査としては蛇行発達が活発なボリビアの河川を対象に５月に重点的に実施するが，加えて災害発生時にはこれにあわせた調査を迅速に実施する．
２．各論として個別に進めてきた研究テーマの総合化，体系化のための作業を実施する．蛇行に係わる各種現象を時間的スケール（短期的現象，中期的現象，長期的現象等），空間的スケール（川幅スケール，セグメントスケール，流域スケール等），周期・非周期現象に分類する．また，現地調査，理論的解析，室内模型実験，数値シミュレーションモデルなどの異なるアプローチで得られた研究成果を相互に参照し，突き合わせて考察を実施することにより，より深い蛇行のメカニズムの解明に努める．これを通じて，より良い川づくりに向けた提言につなげていく．
３，本研究で得られた多くの成果について公表を積極的に進める．国際ジャーナルへの論文投稿，国内外での学会での発表などを実施するのは勿論である．加えてシミュレーションモデルについてはフリーソフトウエアのソルバ形式でウエブ上に公表し，国内外への成果の迅速な波及を図る．

研究成果

• [雑誌論文] Consequencesof abrading bed load on vertical andlateral bedrock erosion in a curvedexperimental channel (2018)
  • 著者名/発表者名: Mishra J. Inoue T. Shimizu Y. Sumner T. & Nelson J.
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research: Earth Surface 巻: 123 ページ: 3147-3161
  • DOI: 10.1029/2017JF004387
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] 流砂の仕事率に着目した岩盤侵食量式 (2018)
  • 著者名/発表者名: 井上卓也 江頭進治
  • 雑誌名: 土木学会論文集B1(水工学) 巻: 74 ページ: 895-900
  • 査読あり
• [雑誌論文] Ecological evaluation of reach scale channel configuration based on habitat structures for river management (2018)
  • 著者名/発表者名: Choi M, Takemon Y, Yu W 2and Jung K
  • 雑誌名: Journal of Hydroinformatics 巻: 20.3 ページ: 622-632
  • DOI: 10.2166/hydro.2018.139
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] 淀川水系木津川における河岸の竹林を利用した竹蛇籠水制の制作と河川環境改善の取り組み (2018)
  • 著者名/発表者名: 小林慧人・北野大輔・橋口峻也・山村武正・竹門康弘
  • 雑誌名: 会誌「竹」 巻: 136 ページ: 7-10
  • 査読あり
• [雑誌論文] ドローン熱画像撮影による砂州における伏流水湧出場の検出 (2018)
  • 著者名/発表者名: 小林草平・角 哲也・竹門康弘
  • 雑誌名: 京都大学防災研究所年報 巻: 61B ページ: 711-721
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] Measuring Effect of Gravel Augmentation Using Radio Frequency Identification (RFID) in Mountainous Areas of the Trinity River, California. (2018)
  • 著者名/発表者名: KAN, O K, GAEUMAN D, SUMI T and TAKEMON Y
  • 雑誌名: Annuals of Disas. Rrev. Res. Inst., Kyoto Univ 巻: 61B ページ: 732-738
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] 天竜川における濁質成分の流程変化に基づく砂州地形の濾過機能推定. (2018)
  • 著者名/発表者名: 高橋真司・兵藤 誠・谷高弘記・角 哲也・竹門康弘
  • 雑誌名: 京都大学防災研究所年報 巻: 61B ページ: 739-747
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] 伝統的河川工法「聖牛」に関する知見の整理と木津川における試験施工. (2018)
  • 著者名/発表者名: 田住真史・角哲也・竹門康弘
  • 雑誌名: 京都大学防災研究所年報 巻: 61b ページ: 748-755
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] 河床表層の鉛直構造の変動を考慮した付着藻類現存量の変動予測. (2018)
  • 著者名/発表者名: 宮川幸雄・角 哲也・竹門康弘
  • 雑誌名: 京都大学防災研究所年報 巻: 61b ページ: 756-769
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] NAVIGABLE BRAIDED CHANNEL CHARACTERISTICS WITH THE EFFECTS OF NARROW PASS (2018)
  • 著者名/発表者名: TIN TIN HTWE, Hiroshi TAKEBAYASHI, Masaharu FUJITA, Yuji HASEGAWA
  • 雑誌名: Journal of Japan Society of Civil Engineers, Ser. B1 (Hydraulic Engineering), 巻: 74 ページ: 1129-1134
  • 査読あり
• [雑誌論文] Defining Appropriate Boundary Conditions of Hydrodynamic Model from Time Series Data, (2018)
  • 著者名/発表者名: Shampa, Hasegawa Y., Nakagawa H., Takebayashi H. and Kawaike K.
  • 雑誌名: Annuals of the Disaster Prevention Research Institute, Kyoto University 巻: 61b ページ: 648-654
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] 湿地河川を模擬した屈折流路流れの実験的研究 (2018)
  • 著者名/発表者名: 渡辺伸宙, 田中岳
  • 雑誌名: 土木学会論文集B1（水工学） 巻: 74 ページ: 823-828
  • 査読あり
• [雑誌論文] HIGH-RESOLUTION TSUNAMI-BEDLOAD COUPLED COMPUTATION IN AMR ENVIRONMENT (2018)
  • 著者名/発表者名: Watanabe Yasunori、Mitobe Yuta、Tanaka Hitoshi、Watanabe Kazuya
  • 雑誌名: Coastal Engineering Proceedings 巻: 1 ページ: 21～21
  • DOI: 10.9753/icce.v36.sediment.21
  • 査読あり
• [雑誌論文] 砂州による河道攪乱に着目した効果的な置土位置の検討 (2018)
  • 著者名/発表者名: 秋山瑶貴・渡邊康玄
  • 雑誌名: 土木学会論文集B1(水工学) 巻: 74 ページ: 379-384
  • 査読あり
• [雑誌論文] 音更川における洪水波形の違いが及ぼす中規模河床波の形成と蛇行流路の発達への影響 (2018)
  • 著者名/発表者名: 桑村貴志・渡邊康玄・米元光明・坂井純
  • 雑誌名: 土木学会論文集B1(水工学), 巻: 74 ページ: 979-984
  • 査読あり
• [雑誌論文] 出水時の河道変化に対する分岐流路維持の効果 (2018)
  • 著者名/発表者名: 住友慶三・渡邊康玄・泉 典洋・山口里実・米元光明
  • 雑誌名: 土木学会論文集B1(水工学), 巻: 74 ページ: 1003-1008
  • 査読あり
• [雑誌論文] Numerical Simulation of Flow and Suspended Sediment Deposition Within and Around a Circular Patch of Vegetation on a Rigid Bed (2018)
  • 著者名/発表者名: Kim H. S.、Kimura I.、Park M.
  • 雑誌名: Water Resources Research 巻: 54 ページ: 7231～7251
  • DOI: 10.1029/2017WR021087
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Computational modeling for large wood dynamics with root wad and anisotropic bed friction in shallow flows (2018)
  • 著者名/発表者名: Kang Taeun、Kimura Ichiro
  • 雑誌名: Advances in Water Resources 巻: 121 ページ: 419～431
  • DOI: 10.1016/j.advwatres.2018.09.006
  • 査読あり
• [雑誌論文] Coupled Model of Bank Erosion and Meander Evolution for Cohesive Riverbanks (2018)
  • 著者名/発表者名: Arnez Ferrel Kattia、Patsinghasanee Supapap、Kimura Ichiro、Shimizu Yasuyuki
  • 雑誌名: Geosciences 巻: 8 ページ: 359～359
  • DOI: 10.3390/geosciences8100359
  • 査読あり
• [雑誌論文] RESPONSES OF BED MORPHOLOGY TO LARGE WOOD DEPOSITION USING A COMPUTATIONAL HYDRODYNAMIC MODEL (2018)
  • 著者名/発表者名: Taeun KANG, Ichiro KIMURA and Yasuyuki SHIMIZU
  • 雑誌名: Journal of Japan Society of Civil Engineers, Ser.B1 (Hydraulic Engineering) 巻: 74 ページ: 673-678
  • 査読あり
• [学会発表] 流量低下時に発生する河道の蛇行化と側岸侵食 (2019)
  • 著者名/発表者名: 高津教彰, 泉典洋, 川村里実, 佐藤大介
  • 学会等名: 土木学会北海道支部論文報告集
• [学会発表] Effectiveness of slit type permeable spur dike field on braided channel for river bank protection, (2019)
  • 著者名/発表者名: Shampa, Hasegawa Y., Hashizaki T., Nakagawa H., Takebayashi H. and Kawaike K.
  • 学会等名: Proc of 7th International Conference on Water & Flood Management (ICWFM-2019)
• [学会発表] 間隙率の時空間的な変化が河川地形に与える影響 (2018)
  • 著者名/発表者名: 竹林洋史
  • 学会等名: 2018年度土木学会環境水理部会研究発表会